Prienik laserového svetla cez membrány erytrocytov

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Prienik laserového svetla cez membrány erytrocytov"

Ξενία Βασιλείου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

Prienik laserového svetla cez membrány erytrocytov Peter Bališ, Libuša Šikurová, Peter Slezák Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK, Mlynská dolina,842 48 Bratislava, e-mail: piotr.balis@gmail.

1 Prienik laserového svetla cez membrány erytrocytov Peter Bališ, Libuša Šikurová, Peter Slezák Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK, Mlynská dolina, Bratislava, piotr.balis@gmail.com Úvod : Na počiatku Boh stvoril Slnko a jeho svetlo využívali pre liečebné účinky už starovekí Egypťania, Indovia a Gréci. Moderná fototerapia sa začala formovať začiatkom roku 1899, kedy prvýkrát Niels Finsen úspešne liečil lupus vulgaris ožarovaním UV svetlom[1]. Výskum v tejto oblasti pokročil, a najnovšie sa využívajú lasery vo všetkých smeroch medicíny od chirurgie až po psychológiu. Laserové svetlo, ktoré sa aplikuje, je vo VIS ( nm) a blízkej IR( nm) oblasti. V oblasti nm dosahuje najväčšiu penetračnú hĺbku. Pri tejto vlnovej dĺžke (λ) preniká epidermou 65-77% a subcutaneou 17-21% laserového lúča [2]. Pri prieniku laserového svetla biologickou vzorkou dochádza k nasledovným optickým javom : absorpcii, rozptylu, transmisii, odrazu a lomu. V našej práci sme preskúmali prienik laserového svetla cez suspenziu membrán erytrocytov (ghosts), príprava podľa Hanahanu a Ekholma [3] s drobnými úpravami. Ciele: - zmerať a vyhodnotiť prienik laserového svetla suspenziou membrán erytrocytov (ghosts) použitím Laser Diode Module, 630 nm, 50 mw a Nd:YAG laser, 532 nm, 30 mw. - ohodnotiť exponenciálne zoslabenie úpravou Bouguer Lambert Beerovho zákona P =P 0 exp{-µ 0.x}. - vypočítať penetračná hĺbka δ a porovnať pre oba laserové zdroje. Materiál a metódy : Ľudská krv bola odobraná neznámym dobrovoľným darcom vo veku rokov v spolupráci s Oddelením klinickej a experimentálnej farmakoterapie SZÚ (OKEF), Kramáre, Bratislava. Príprava erytrocytových membrán ghosts (ďalej používame tento výraz), bola uskutočňovaná štandardnou metódou podľa Hanahana a Ekholma [3] s drobnými úpravami, ktoré sme zaviedli z dôvodu dokonalejšej izolácie ghosts. Po odstránení plazmy,vrstvy bielkovín a trombocytov bola masa erytrocytov zaliata päťnásobným množstvom roztoku PBS (ph = 7,4) a centrifugovaná pri 1036 g po dobu 15 minút. Po centrifugácii bol odstránený supernatant a proces čistenia bol

2 zopakovaný ešte raz, čím sa dosiahlo očistenie masy erytrocytov od antikoagulačného roztoku, zvyškov plazmy a trombocytov. Následne boli erytrocyty zaliate päťnásobným množstvom tlmivého roztoku 40 mosm / kg TRIS ph = 7,4 a centrifugované pri 8517 g po dobu 45 minút. Po odobratí supernatantu sa proces opakoval ešte raz. Následne dvakrát pre dva tlmivé roztoky s osmolaritou 24 mosm / kg a 11 mosm / kg s dĺžkou centrifugačnej doby 45 min. Vysoké otáčky centrifugácie a hypotonický charakter tlmivého roztoku spôsobili fragmentáciu erytrocytových membrán a uvoľnenie hemoglobínu do prostredia. Každá centrifugácia bola vykonávaná pri teplote +4 C. Membrány erytrocytov sme, dopĺňali na objemovú koncentráciu v množstve 200 µl a 10 ml množstvom 40 mosm / kg roztoku TRIS u. Takto pripravené suspenzie erytrocytov boli použité na meranie. Príprava vzorky prebiehala pri teplote 22 C +/- 0,1 C. Výsledky : Na začiatku som zmeral absorpčné spektrum a k zmene absorpcie nedošlo membrány erytrocytov vplyvom merania neboli poškodené. Pripravené vzorky ghost boli prepočítané na objemový zlomok φ A = 2 %. Merali sme prienik laserového lúča membránami erytrocytov zvyšovaním výšky ožarovanej vzorky. Teplota vzorky počas merania bola 22 C +/- 0,1 C a doba žiarenia na membrány bola 25 min. +/- 7 min. Vyniesol som z meraní grafy pre laser s vlnovou dĺžkou 532 nm a 630 nm. Meraných bolo 15 (630 nm) a 9 (532 nm) vzoriek ghosts a z nich následne vytýčené grafy. Každou meranou vzorkou som preložil fit exponenciálnej krivky v tvare P =P 0 exp{-µ 0.x} podľa tvrdení v práci Penetration of Laser Light through Blood Derivatives [4] odvolávanej sa na A. Roggana. Následne som vypočítal priemernú hodnotu všetkých meraní.

3 Priemerná z grafu Priemerná z výpočtu P1 14, ,4035 P2 11, ,5759 P3 1,0406 1,1642 µ1 0,0652 0,0638 Priemerná z grafu je hodnota spriemerovaných hodnôt a priemerná z výpočtu je hodnota preložená cez každý jeden nameraný prienik, využitím vzorca : P =P 1 exp{-µ 0.x}+P 2 exp{-µ 0.x}+ P 3 exp{µ 0.x} a z prepočítaných hodnôt pomocou riešiteľa následne vypočítaný priemer. Dôležitá je hodnota µ1, ktorej hodnotu priemernú z grafu berieme za hodnotu úbytkového koeficientu, z ktorého následne vypočítame penetračnú hĺbku δ=12,53mm. intenzita žiarenia (mw) P preložené priemerom ghosts (630nm, 50 mw) priemerné hodnoty meraní fitované 3 expo vlnová dĺžka (mm) Exponenciálny fit priemerom ghosts. Priemerná z grafu Priemerná z výpočtu P1 15, ,3636 P2 12, ,2809 P3 1,6144 1,24188 µ1 0,0652 0,0681 Porovnanie hodnôt δ 630 nm a 532 nm. 1 je hodnota získaná priemerom nameraných hodnôt a preložená rovnicou P =P 1 exp{-µ 0.x}+ P 2 exp{-µ 0.x}+ P 3 exp{-µ 0.x} a 2 je hodnota získana z jednotlivých meraní a nimi preložená rovnica P =P 0 exp{-µ 0.x}z ktorej som následne vyniesol priemerné hodnoty a tým aj µ 1.

4 Diskusia a záver : Priemerné hodnoty prieniku laserového sveta suspenziou membrán erytrocytov boli preložené krivkou podľa vzťahu P =P 1 exp{-µ 1.x}+ P 2 exp{-µ 1.x}+ P 3 exp{-µ 1.x}. Pre vzorky merania vyšli hodnoty: (630 nm, 50mW) je µ 0 = 0,0652mm -1 a pre (532 nm, 30mW) µ 0 = 0,0798 mm -1 a prepočítaním podľa vzťahu δ = 1/µ som dostal hodnoty penetračnej hĺbky pre 630 nm δ = 15,33 mm a δ = 12,53 mm pre 532 nm. Preložené krivky jednou exponenciálou sa od priemernej hodnoty odlišujú a nepopisujú dokonalý fit nami nameranými hodnotami. Na meranej vzorke dochádza okrem lomu, absorpcii a transmisii z dôvodu optických javov aj k rozptylu a difúzneho rozptylu. Tento fakt poukazuje na okolnosť použitia trojitého zoslabenia podľa vyššie uvedeného vzťahu a zároveň popisuje znižovanie intenzity žiarenia prienikom laserového svetla po druhom a treťom odraze na membráne erytrocytu. Je pravda, že už dvojité exponenciálne zoslabenie nám môže fitovať namerané výsledky, to ale je z rozvinutia Taylorovho rádu známe. Môžeme následne zapísať rovnice pre exponenciálne zoslabenie nami použitými laserovými zdrojmi o daných parametroch do tvaru :Pre 630 nm, 50 mw laser, P =15, 1898 exp{-0,0652.x}+ 12,4765 exp{-0,0652.x}+ 1,6144 exp{-0,0652.x}, a pre 532 nm, 30 mw laser, P = 12, 3240 exp{-0,0798.x}+ 8,0993 exp{-0,0798.x}+ 1,0756 exp{-0,0652.x} Porovnaním s výsledkami práce Penetration of Laser Light through Blood Derivatives [4] je možné konštatovať: kým penetračná hĺbka prejdeného laserového svetla pre 630 nm suspenziou membrán erytrocytov je δ = 15,33 mm, prienikom krvi je δ = 0,99mm a pre 532 nm je penetračná hĺbka cez ghosts δ = 12,53 mm, prienikom krvi je δ = 1,15 mm. Je vidieť, že kým krv (predovšetkým hemoglobín) absorbovala vyššiu intenzitu žiarenia a neprenikala do väčších hĺbok, tak odstránením hemoglobínu laserové žiarenie 630 nm, 50 mw preniká danou vzorkou do väčšej hĺbky. Môžeme konštatovať, že hemoglobín je silným absorbátorm pre žiarenie o λ = 630 nm a 50 mw [4]. V praxi by bolo výhodné, keby z daného ožarovaného miesta by sme odstránili erytrocyty obsahujúce hemoglobín, čo ale nie je možné, a tak len ako čiastočné riešenie by mohlo byť zatlačenie na okolité ožarované miesto laserovým svetlom a chvíľkové odstránenie krvi.

5 Použitá literatúra: [1] Jirsa, M. Sborn.lék., 1996, [2] Javůrek, J. Fototerapie Biolaserem L.M.B.Grada Publishing 1995, 201. [3] Hanahan, D.J.; Ekholm, J.E.: Metods in Enzymology, 31,1974, [4] Šikurová, L.; Habodászová, D.; Gonda, M.; Waczulíková, I.; Vojtek, P. Laser Physicis 2003,

Σχετικά έγγραφα

Goniometrické rovnice a nerovnice. Základné goniometrické rovnice

Goniometrické rovnice a nerovnice Definícia: Rovnice (nerovnice) obsahujúce neznámu x alebo výrazy s neznámou x ako argumenty jednej alebo niekoľkých goniometrických funkcií nazývame goniometrickými rovnicami